Задание 3, страница 247 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 3

Опишите окружающий вас мир на основе знаний:

• законов механики;
• законов электродинамики;
• законов квантовой физики.

Сравните ваши описания с мировоззрениями XVII, XIX, XX веков.

Описание мира на основе законов механики

Мир, описанный на основе законов классической механики, представляет собой гигантский и абсолютно предсказуемый механизм. Все объекты в этом мире, от планет, вращающихся вокруг звезд, до катящихся по столу шаров, подчиняются строгим и неизменным законам движения, сформулированным Исааком Ньютоном. Ключевым является второй закон Ньютона, $F=ma$, который гласит, что ускорение тела прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально его массе. Все взаимодействия, такие как гравитация, описываются точными математическими формулами, например, законом всемирного тяготения $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$. Эта картина мира является детерминистической: если знать точное положение и скорость всех тел в системе в определенный момент времени, можно однозначно предсказать ее состояние в любой момент в будущем и рассчитать его в прошлом. Пространство и время в этой модели абсолютны, они существуют независимо друг от друга и от материи, которая в них находится. Эта модель великолепно описывает движение макроскопических объектов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни.

Ответ: Мир с точки зрения механики — это детерминированная система, состоящая из материальных тел, движение которых в абсолютном пространстве и времени однозначно определяется действующими на них силами.

Описание мира на основе законов электродинамики

Законы электродинамики, обобщенные в уравнениях Максвелла, дополняют механическую картину мира, вводя новую фундаментальную сущность — электромагнитное поле. Пространство перестает быть пассивной пустой ареной для движения тел; оно наполнено полями, которые являются самостоятельной формой материи. Электрические заряды создают вокруг себя электрические поля, а их движение (электрический ток) порождает магнитные поля. Эти поля не просто математические абстракции, они материальны, поскольку переносят энергию и импульс. Самым впечатляющим следствием этой теории стало понимание природы света: свет — это электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве с конечной скоростью $c$. Таким образом, электродинамика объединила электричество, магнетизм и оптику. Наш современный технологический мир — электрическое освещение, радио, телевидение, мобильная связь, интернет — полностью основан на принципах электродинамики. Мир предстает как совокупность взаимодействующих частиц (зарядов) и полей, которые пронизывают все пространство.

Ответ: Мир с точки зрения электродинамики — это совокупность взаимодействующих заряженных частиц и электромагнитных полей, которые переносят энергию и информацию, причем свет является одним из проявлений этих полей.

Описание мира на основе законов квантовой физики

Квантовая физика описывает мир на самом фундаментальном, микроскопическом уровне — на уровне атомов и элементарных частиц. Эта картина мира кардинально отличается от привычной. Во-первых, она постулирует, что энергия и другие физические величины не являются непрерывными, а могут принимать только определенные дискретные значения (квантуются). Например, свет излучается и поглощается порциями-квантами, называемыми фотонами, с энергией $E=h\nu$. Во-вторых, микрообъекты обладают корпускулярно-волновым дуализмом: они могут проявлять свойства и частиц, и волн одновременно. Например, электрон, который мы привыкли считать частицей, может вести себя как волна с длиной $\lambda = h/p$. В-третьих, мир в своей основе вероятностен, а не детерминирован. Принцип неопределенности Гейзенберга, $\Delta x \Delta p \ge \hbar/2$, утверждает, что невозможно одновременно с абсолютной точностью измерить координату и импульс частицы. Вместо точных траекторий квантовая механика оперирует понятием волновой функции, которая описывает вероятность нахождения частицы в той или иной области пространства. Акт наблюдения или измерения неразрывно связан с системой и влияет на ее состояние. Эта, казалось бы, странная теория лежит в основе работы лазеров, компьютеров, атомной энергетики и объясняет структуру вещества.

Ответ: Мир с точки зрения квантовой физики — это вероятностная система, где энергия квантуется, а микрообъекты обладают свойствами и частиц, и волн, причем наблюдение влияет на наблюдаемое явление.

Сравнение с мировоззрениями XVII, XIX, XX веков

Описание мира, основанное на разных разделах физики, тесно связано с эволюцией научного мировоззрения на протяжении веков.

• Мировоззрение XVII века полностью соответствовало механической картине мира. После трудов Ньютона Вселенная стала восприниматься как огромный часовой механизм, работающий по строгим, познаваемым законам. Это была эпоха триумфа детерминизма, когда считалось, что все в мире предопределено и может быть рассчитано. Эта картина мира была простой, упорядоченной и соответствовала первому из данных описаний.

• Мировоззрение XIX века было сформировано под влиянием электродинамики. К механистическому миру частиц добавился мир полей. Открытие Максвеллом того факта, что свет является электромагнитной волной, стало одним из величайших достижений физики. Понятие поля как особой формы материи, пронизывающей все пространство, усложнило картину мира, но детерминизм по-прежнему оставался ее основой. Это мировоззрение объединяло первое и второе описания.

• Мировоззрение XX века и современное мировоззрение являются квантово-релятивистскими. Две революции — создание теории относительности и квантовой механики — полностью изменили наши представления о реальности. Теория относительности показала, что пространство и время не абсолютны, а квантовая механика нанесла сокрушительный удар по детерминизму, доказав, что на фундаментальном уровне мир управляется законами вероятности. Современное научное мировоззрение синтезирует все три описания, понимая, что у каждого из них есть своя область применимости: классическая механика для макромира, электродинамика для описания полей и излучений, а квантовая физика — для микромира, который лежит в основе всего сущего.

Ответ: Мировоззрение эволюционировало от чисто механистического и детерминированного (XVII в.), через добавление концепции поля (XIX в.), к современному квантово-релятивистскому, вероятностному пониманию мира (XX в.), которое объединяет все три уровня описания реальности.